3 курс / Фармакология / Фармацевтическая_технология_Том_2_НФаУ
.pdfЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
тивна в технологии группа четвертичных аммониевых соединений, так как эти вещества сочетают в себе поверхностно-активные и бактерицидные свойства. Но, необходимо помнить о том, что эта группа ПАВ является наиболее токсич ной, оказывает раздражающее действие на кожу и слизистые.
Амфолитные ПАВ (АмПАВ) содержат две функциональные группы, одна из которых имеет кислый, другая - основной характер, например, карбоксиль ную и аминную группы. В зависимости от рН водного раствора амфолитные со единения обладают анионоактивными или катионоактивными свойствами:
RNH(CH2 )nCOO' + H+ = RNH(CH2 )nCOOH = R-+[NH2 (CH2 )nCOOH]+
Амфотерные ПАВ имеют общий вид:
+
O
|
/ |
|
RN |
|
К“ |
где R - углеводородный радикал, обычно C9 -C19, представляющий гид |
|
рофобную часть молекулы, |
|
О+ - основная группа |
" |
К- - кислотная группа |
гидрофильная часть молекулы |
(протонодонорная группа)
Чаще всего амфотерные ПАВ содержат одновременно: карбоксильную и аминогруппу RN+H R1COO-; сульфоэфирную и аминогруппу RN+H R1OSO3-; сульфонатную и аминогруппу RN+H R1 S 0 3-.
Амфотерные ПАВ характеризуются тем, что могут отдавать или прини
мать протон в зависимости от того, в какой среде они находятся:
|
кислая среда |
|
щелочная среда |
+ |
+ |
— |
— |
R NH2 CH2 C O O H ^ R NH2 CH2COOH ^ |
RNH2 CH2COCH |
||
|
|
цвиттер-ионная форма |
В изоэлектрической точке заряды равны и молекула АмПАВ представля
ет собой цвиттерион. Кислотные и основные константы ионизации истинных АмПАВ весьма низкие и не сильно отличаются. Такие вещества сравнительно редки. Чаще всего встречаются катионно-ориентированные цвиттерионные ПАВ (ЦПАВ) и анионно-ориентированные ЦПАВ. Катионной группой обычно служат первичная, вторичная или третичная аминогруппы, пиридиновая или
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
имидазолиновая группы. Принципиально вместо азота применяют карбоксиль ную, сульфонатную, сульфоэфирную и фосфатную группы.
Необходимым условием амфотерности ПАВ является близость констант кислотной и основной ионизации.
Степень превращения в ту или иную форму зависит от рН среды. В на стоящее время амфотерные ПАВ применяются в растворах с рН 4,0-9,0.
Вкачестве катионной группы выступают первичная, вторичная и тритичная аминогруппы, пиридиновая, имидазолиновая. Вместо соединения азота мо гут применяться сера, фосфор, мышьяк содержащие соединения.
Анионная группа представлена карбоксильной, сульфонатной, сульфоэфирной и фосфорнокислотной.
ВСНГ промышленностью выпускаются и применяются карбоксибетаин, представляющий собой алкилдиметиламмонийацетат бетаин; циклимид - N- ацетил-НН'"-бис, натрийкарбоксиметил-Ы^-оксиэтилэтилендиамин-гидроксид; амидобетаин - тринатрий N, N, ^-триацетат-2 [М-ацетил-Ы-(2-гидроксиэтил)- амино] этиламмоний гидроксид и др.: карбоксибетаин в качестве активной ос новы для приготовления моющих композиций, стабилизаторов пен, дисперга тора кальциевых мыл, солюбилизатора, пенообразователя в жесткой воде, анти статика, эмульгатора, смачивателя и мягчителя в косметических композициях; циклимид - в качестве смачивателя в моющих композициях и шампунях, эмульгатора, моющего средства для посуды, гербицида и фунгицида; амидобе таин - в качестве пенообразователя и стабилизатора пены, эмульгатора, смачи вателя, бактерицида, компонента косметических препаратов.
Некоторые представители группы амфотерных ПАВ используются в кос метической практике. Благоприятное воздействие на кожу и слизистые оболоч ки обусловливает их использование для дерматологических препаратов, средств для ухода за детьми, а также шампуней, кремов.
Известными представителями группы амфотерных ПАВ являются Тего Бетаин Л7 (Германия), Тегобетаин С (США), идентичные отечественному ами добетаину; Мизанолы НМ, СМ (США) - аналоги циклимида; Сульфобетаин Сари (США); Протинол, Эгалисал (Германия) - идентичные белковым гидро лизатам и др.
Бетаин, в частности, Тего-Бетаин Л7, обычно комбинируют с другими ПАВ, преимущественно с НПАВ. Комбинации с некоторыми веществами, имеющими антимикробные свойства, часто приводят к их синергизму. Комби
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
нации Тего-Бетаина Л7 с ПАВ обладают высокой пенообразующей способно стью. Тего-Бетаин Л7 используется в дерматологической и косметической практике, 10 и 25 % водные растворы обладают хорошими очищающими свой ствами. У новорожденных детей после обработки ими раздражение кожи уменьшается без дополнительной терапии. 40 % водные растворы применяются как шампуни для волос детей, страдающих себорейной экземой. После аппли кации раствора не наблюдается раздражения даже в случае остро воспаленной кожи. 10 % растворы используются для смывания мазей и кремов, наносимых на кожу больных, страдающих псориазом и экземой.
Обычно Тего-Бетаин применяется в сочетании с натрия лаурилсульфатом, водным ланолином, пропиленгликолем и др. Исследование его пероральной пе реносимости показало, что, несмотря на присутствие в молекуле вещества чет вертичной аммониевой группы, оно оказывает действие на уровне НПАВ.
Карбоксибетаин в виде водного раствора имеет среднюю молекулярную массу 290±15, представляет собой прозрачную жидкость, содержащую 30 % основного вещества. Карбоксибетаин малотоксичное вещество. Применяется в качестве компонента жидких моющих средств и антистатика в текстильной промышленности. Входит в состав средств для мытья нормальных волос.
По химическому строению и по некоторому сходству в поведении АмПАВ можно разделить на пять основных групп.
1. Алкиламинокарбоновые кислоты (ААКК) RNH(CH2)nCOOH, алкиль ный радикал амина обычно прямоцепочечный, а между аминной группой и карбоксильной радикал иногда имеет разветвленный характер; алкиламинофе нилкарбоновые кислоты RNHCeH4COOH; ААКК с первичной, вторичной и третичной аминогруппами - RNH(NH2)COOH, RNH(NHR’)COOH,
RN(CHS)CH2COOH; ААКК с промежуточной гидроксильной группой, с эфир ной, сложноэфирной, амидной, сульфоамидной группами; ААКК с двумя и бо лее амино- и аминодогруппами; ААКК с несколькими аминными и гидро ксильными группами.
2. Алкилбетаины (АБ) представляют собой наиболее интересный раздел ЦПАВ. Их можно разделить на пять основных групп:
а) С-алкилбетаины RCH[N(CH3)3]COO и N-алкилбетаины RN(CH3)2CH2COO
б) сульфит-, сульфо- и фосфатбетаины:
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
|
RN(CH3 )2 CH2 CH2 OSO2 RC6 O4 CH2 N(CH3 )2 CH2 CH2OSO3 |
||||
|
RN(CH3 )2 CH2 CH(OH)CH2 OPO3 |
||||
в) амидобетаины RCONH(CH2 )3 N(CH3 )COO |
|
|
|||
г) оксиэтилированные бетаины: |
|
|
|
||
|
RN[(CH2 CH2 O)p H][(CH2 CH2 O)q H]CH2 COO |
||||
д) |
другие цвиттерионные ПАВ: |
|
|
|
|
|
RCONN(CH3)3 , |
RNH(NH2)OCCH2 CH2 SO3 и др. |
|||
3. |
Производные алкилимидозолинов. Наиболее характерной структурой |
||||
имидозолиновых АмПАВ (ИмАмПАВ) является такая, в которой анионные и |
|||||
катионные группы приблизительно равносильны: |
|
|
|||
|
R'OC2 H4\ . C H 2COO |
|
|
X H 2COO |
|
|
2 4 N |
2 |
|
N |
R |
|
// |
R |
или |
N
C2 H4 OR'
где R —углеводородный радикал C7 -C1 7 ; R’ - H, Na, CH2 COOMe. ИмАмПАВ являются производными 4,5-дигидро-1,3-диазола или 4,5-
дигидроимидазола:
H
I
1 N 2
5
По структуре и методам синтеза их можно разделить на два основных класса - небетаинные и бетаинные, каждый из которых включает соединения карбоксилатного, сульфоили сульфоэфирного характера.
Карбоксибетаинные ИмАмПАВ:
CH2COONa
I 2
N |
N |
// —R |
// —R |
N |
N |
C2H4N(CH2COOH)2 |
C2H4NHOCC2H4COOH |
Сульфо- и сульфатнебетаинные ИмАмПАВ: |
|
|
|
|
|
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ |
N |
|
N |
R |
N |
// |
R |
// |
R |
|
N |
|
'— N |
C 2 H4 N =C H C 6 H4 S O 3H |
N |
|
|
|
C 2 H4 O S O 3H |
Карбоксибетаинные ИмАмПАВ:
HOC2 H4\ + CH2 (CH2)nCOO
//
N
Сульфо- и сульфабетаинные ИмАмПАВ:
H O C 2 H4\ + X 3 H6 S O 3 |
HOC2 H4\ + X H 2 CH(OH)CH2 OSO3 |
R |
R |
Сбалансированность ионизирующих групп обеспечивает этим соедине ниям хорошие санитарно-гигиенические и коллоидно-химические свойства.
4. Алкиламиноалкансульфонаты, -сульфаты (АААС). Анионно
ориентированные ЦПАВ легко переходят в цвиттерионную форму, что позво ляет легко выделять их в чистом виде. Константа ионизации кислотной группы гораздо больше, чем основной, поэтому они применяются в щелочной среде. Однако в случае нескольких основных групп и при наличии рядом с кислотной других гидрофильных групп, они по свойствам и областям применения сходны с другими амфолитными ПАВ и обладают бактерицидным действием. В зави симости от констант ионизации их можно разделить на группы:
а) соли АААС i - RN(R')R"'SO3 Me; б) соли АААС2 - RN(R')R"O3 Me;
в) производные ароматических аминосульфокислот -
RN(R')C6 H4 SO3 Me;
г) аминосульфонаты с атомом азота в гетероциклах -
H
I
, N |
^ \ |
RC |
-4- SO3Na |
д) другие аминосоединения (фосфаты, фосфонаты и т.д.) - RH(R')R"R(0)(0H) 2 ; RH(R')R"0P(0)(0H) 2
где R - длинный углеводородный радикал; R’ - короткий углеводород-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ный радикал; R” - короткий двухвалентный радикал.
е) аминокислоты с двумя кислотными группами - RN(CH2 CH2 SO3 Na)2 .
Их отличием является хорошая способность диспергировать кальциевые мыла и устойчивость к солям жесткости воды.
5. Полимерные амфолитные ПАВ (ПАмПАВ) можно разделить на три основные группы:
1)природные - белки, протеины, нуклеиновые кислоты и т.д.;
2)модифицированные природные: а) олигомерные гидролизаты белковых веществ; б) сульфатированный хитин; в) продукты последовательной ступенча той конденсации аминов, формальдегида, альбумина и жирных кислот; г) про изводные целлюлозы, полученные введением карбоксильных и диэтаноламидоэтильных групп;
3)синтетические, в молекулах которых сочетаются структурные призна ки всех приведенных выше классов АмПАВ. Например:
|
CH2 CHCH2CH |
||
|
CO |
CONH |
|
|
I |
2 |
|
|
NH |
+ |
|
|
C2 H4 N(CHA |
||
|
|
3/2 |
|
|
|
CH2 CH2COO n |
|
— CH2CH |
— N C H 2 C H 2 |
||
CH2 + |
NCH2CRR'COOH |
||
|
n |
||
CH2 N(CH3)2 |
|
||
— C H C H 2— |
|||
CH2 |
|||
COO(CH2)3SO~ |
N(CH2COOH)2 |
||
n |
|
n |
АмПАВ представляют собой наименее распространенную в промышлен ности группу ПАВ. В настоящее время из применяют преимущественно для получения косметических препаратов. Тем не менее, динамика роста их произ водства свидетельствует о том, что у них наибольшие перспективы развития. Основными преимуществами амфолитных ПАВ перед традиционными является удовлетворительные потребительские свойства (низкая токсичность, слабое
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
раздражающее действие на кожу, высокая биоразлагаемость), высокие антиста тические свойства, возможность создавать на их основе бесфосфатных моющих средств. АмПАВ хорошо совмещаются в составах почти со всеми известными ПАВ и обладают слабым бактерицидным действием. Химическое строение АмПАВ предусматривает наличие в их структуре многих разнохарактерных функциональных групп и возможность построения их в различных комбинаци ях. При этом малейшее изменение в структуре отражается на химических и коллоидно-химических свойствах. Поэтому при появлении новых направлений в применении ПАВ и исследовании возможностей получения препаратов с за данными свойствами АмПАВ являются наиболее перспективными.
К группе неионогенных ПАВ (НПАВ) относятся спирты, продукты оксиэтилирования длинноцепочечных жирных кислот, спиртов, аминов, алкилфе нолов [RCOO(C2 H2 O)n H, RCH2 O(C2 H4 O)nH, RCe Hs O ^ ^ O ^ O H ] .
Неионогенные ПАВ имеют общую формулу: R-X(CH2 CH2 O)nH
где R - алкил; Х - может быть атомом кислорода, азота, серы или функ циональной группой -COO-, -CONH, -C6 H4 O-.
Многие соединения, содержащие подвижный водород (кислоты, спирты, фенолы, амины), конденсируясь с оксидом этилена, приводят к получению. НПАВ:
ROH + n ^ C ^ —► RO(CH2 CH2 O)nH
O
Особую группу среди неионогенных ПАВ составляют защищенные коллои ды, обладающие сильной стабилизирующей способностью. К ним относятся про изводные целлюлозы, сапонины, лигносульфоновые кислоты, соли альгиновой кислоты и др. Между составом и коллоидно-химическими свойствами ПАВ суще ствует определенная зависимость. Так, наиболее выраженным смачивающим дей ствием обладают ПАВ с разветвленной структурой и с R=C1 0 -C1 2 , а стабилизи рующей способностью - более высокие гомологи с прямолинейными цепями.
Неионогенные ПАВ по ассортименту и объемам потребления значитель но превосходят ПАВ других классов. Это связано с их наименьшей токсично стью в сравнении с другими ПАВами. К ним относятся оксиэтилированные спирты, кислоты, фенолы, амины и амиды, алкилсульфаты, эфиры полиолов (глицерина, сорбита, пентаэритрита) и жирных кислот, эфиры ди- и триэти-
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
ленгликоля и жирных кислот и т.д.
В производстве фармацевтических и косметических препаратов приме няются масло- и водорастворимые НПАВ. К преимуществам НПАВ по сравне нию с ПАВ других классов следует отнести: возможность широкого изменения ГЛБ; стойкость к воздействию электролитов, солей; совместимость с ПАВ всех классов; низкая пенообразуюшая способность и высокая поверхностная актив ность; минимальная токсичность.
К этой же группе относятся и высокомолекулярные соединения (ВМС), которые кроме эмульгирующей способности обладают и рядом других положи тельных качеств (пленкообразующая, структурообразующая и т.д.).
НПАВ можно разделить на одиннадцать групп, различающихся строени ем гидрофобной части молекулы, т.е. в зависимости от того, какие исходные вещества послужили основой получения их полигликолевых эфиров:
1.Спирты - предельные и непредельные, первичные, вторичные, цикли ческие RO(CH2 CH2O)nH;
2.Карбоновые кислоты - RCOO(CH2CH2O)nH;
3.Алкилфенолы и алкилнафтоны - RC6H4O(CH2CH2O)nH, RCioHsO(CH2CH2O)nH;
4.Амины, амиды, имидазолины -
|
z (CH2 CH2 O)nH |
RCONH(CH2CH2O)nH R C 'N"CH2 |
||||
|
^(C^ C^ O^H |
2 2 |
4N-CH2 |
|||
|
2 |
2 |
|
|
I |
2 |
|
|
|
|
|
(CH2CH2O)nH |
|
5. |
Меркаптаны и сульфамиды - |
|
|
|
||
|
|
(CH2CH2O)nH |
RS(CH2CH2O)nH |
|
||
|
|
(CH2CH2O)nH |
|
|||
|
|
|
|
|
||
6. |
Полимеры, этилен- и пропиленгликоли: |
|
|
|||
плюроник - |
H(CH2CH2O)x(C3H6O)n(CH2CH2O)yH |
|
||||
тетраник - |
|
|
|
|
|
|
|
H ^ C ^ O t y ^ H ^ |
|
(C3H6O)x(CH2CH2O)yH |
|||
|
|
|
NCH2CH2N |
(C3H6O)x(CH2CH2O)yH |
||
|
H(CH2CH2O)y(C3H6) ^ |
|
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ
7. Алкилацетиленгликоли -
R' R'
H(OCH2CH2)O-C-C C-C-O(OCH2CH2)H
R" R"
8. Эфиры фосфорной кислоты -
O
OR-P-O(CH2CH2O)nH
OR
9. Эфиры пентаэритрита -
(RCOOCH2)y-C[CH2O(CH2CH2O)xH]z z + y = 4
10. Продукты конденсации гликозидов с жирными спиртами, карбоновы ми кислотами и оксидом этилена. К этому классу можно отнести группу твинов - продуктов присоединения оксида этилена к моноэфиру сорбитана и жирной кислоты -
H(° CH2CH2)nOH^ —CHO(CH2CH2O)nH
H2C .CHCHCOOR
OO-(CH2CH2O)NH
11.Кремнийорганические НПАВ, например аддукты диметилполисилок-
санов -
Si(CH3)3[OSi(CH3)2]n(CH2)3O(C2 H4O)mH
Основные классы ПАВ, используемых в качестве эмульгаторов приведе
ны в табл. 15.1.
Вдисперсных системах с водной средой эффективность действия ПАВ во многом зависит от их поверхностного натяжения, гидрофильно-липофильного баланса, критической концентрации мицеллообразования, способности образо вывать структурированные адсорбционные слои.
Вразличных системах, особенно кремах, пенах, одно и тоже ПАВ может оказывать противоположное действие в зависимости от его концентрации и других условиях применения, хотя его действие часто основано на одном и том же физико-химическом принципе. Молекулярный механизм действия ПАВ яв ляется основой, раскрывающей сущность процессов, что позволяет определить оптимальные рецептуры фармацевтических и косметических препаратов и ус
|
ЭМУЛЬСИИ И СУСПЕНЗИИ |
ловия применения ПАВ. |
|
|
Таблица 15.1 |
|
Основные типы ПАВ |
RC6H4SO3Na(R = C10 - C14) |
Анионные ПАВ |
Алкилбензолсульфонат |
R\
^ C H S O 3Na(R + R1= C11 - C17) R ^
R-CH2-CH=CH-CH2 SO3 Na
(R = C10 - C14)
R-CH2-CH-(CH2)n-CH2SO3Na
O H
Алкилсульфонат
Олефинсульфонат
Гидрооксиолефинсульфонат
R-CH-COOCH2SO3Na (R = C14 - C16)
|
|
|
Сульфонат эфира жирной кислоты |
|
R-CH2-O-SO3Na (R = C11 - C17) |
Сульфат жирного спирта |
|||
RO(C2H4O)nOSO3Na |
Сульфоэтоксилат жирного спирта |
|||
(R = CTO- C,6 , n = 2 - 3) |
||||
|
||||
|
|
|
Катионные ПАВ |
|
R4 |
+ / - R 3 - |
Четвертичные аммониевые соеди |
||
|
N |
Cl |
нения |
|
R ^ |
^ R 4 |
|||
|
||||
|
|
Неионогенные ПАВ |
||
RA |
|
|
Оксиэтилированные спирты |
|
CHO-(C2H4O)n-H |
R=C8 -Ci8 |
|||
|
||||
R ^ |
R -H ; n=3-15 - первичные |
|||
|
|
|||
|
|
R+R'=C1 0 -C14; n=3-12 - вторичные |
||
|
|
|
||
|
|
Амфолитные ПАВ |
||
|
^ C H 3 |
|
||
C12H25N |
(CH2)SO3- |
Сульфобетаин |
||
|
^ C H 3 |
|
||
|
^ C H 3 |
|
||
C 12H25N |
C H 2C O O - |
Карбоксибетаин |
^ C H 3
Многообразный характер влияния ПАВ на свойства поверхностей разде ла: жидкость-газ, жидкость-твердое тело, жидкость-жидкость обусловлен их